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문제 정의
- 본 연구에서는 유화작품 분석 결과를 근거로 표준시료를 제작하여 차단층 재료별 기능평가를 수행하였다. 이를 통해 차단층 재료에 따라 캔버스가 특정한 환경조건에서 어떻게 반응하는지 파악할 수 있었다.
- 본 연구에서는 유화작품 분석 결과를 근거로 표준시료를 제작하여 차단층 재료별 기능평가를 수행하였다. 이를 통해 차단층 재료에 따라 캔버스가 특정한 환경조건에서 어떻게 반응하는지 파악할 수 있었다. 그러나 유화작품의 특성상 파괴분석 및 시료채취가 용이하지 못하였고, 한정된 실험기간으로 인해 실험항목 및 시료개수를 축소하여 진행하였기 때문에 명료한 경향성을 파악하는데 다소 미흡한 점이 존재한다.
제안 방법
- 데시케이터 내부 조건을 측정하기 위해 온·습도계를 배치하고, 고습조건을 조성하기 위해 하부에 질산칼륨(Potassium nitrate) 용액을 제조하여 부은 후 그리스 (grease)와 파라필름(parafilm)을 이용하여 밀봉하였다.
- 디지털현미경(DG-3, Scalar, Japan)을 이용하여 50배율로 건습반복 가속열화 전·후의 시료표면을 조사하였다.
- 지지체 미세조직 관찰과 차단층 재료 동정을 위해 동일 작가에 의해 동일 시기에 제작된 작품들 중 차단층이 존재하는 작품 한점과 차단층이 존재하지 않는 작품 한 점을 대상으로 선정 하여 분석을 실시하였다. 또한 바탕칠층 성분분석을 위해 작품들 중 Funaoka Canvas를 사용한 여섯 점을 선정하여 분석을 수행하였다.
- 이에 본 연구에서는 문헌자료 조사 및 유화작품 분석을 실시하였으며, 그 결과를 근거로 표준시료를 제작하였다. 또한 표준시료를 통해 캔버스 차단층의 재료특성을 분석 하고 기능평가를 수행함으로써 환경조건에 대한 차단층 재료별 캔버스의 반응 경향을 파악하였다.
- 열화 전 · 후의 인장강도 변화를 확인하기 위해 KS K 0520에 의거하여 그래브법으로 인장강도를 측정하였다. 만능재료시험기(3365, Instron, US)(Figure 2)를 이용하여 3회 측정 후 평균값으로 인장강도 값(N)을 표시하였다.
- 문헌자료 조사 및 유화작품 분석 결과와 차단층 및 바탕 칠층 조건 실험결과에 근거하여 표준시료를 제작하였으며, Table 1의 조건에 따라 시료를 제작하였으며, 시료 목록은 Table 2와 같다.
- 휴대용 X선 형광분석기(P-XRF: Portable X-ray Fluorescence Spectrometer, X-MET 3000 TXR, Oxford Instrument, UK)를 이용하여 다수의 한국 근·현대 유화작품에 사용된 캔버스인 Funaoka canvas 社의 캔버스에 그려진 작품 여섯 점을 대상으로 바탕칠층의 성분분석을 실시하였다. 물감층이 존재하지 않는 캔버스 측면을 대상으로 측정하였으며, 측정시간 120초, 측정지점 당 3회 반복 측정하여 평균값을 산출하였다.
- 물성평가를 위해 항온항습기(DS-150, Daewon Science, Korea)를 이용하여 25일간 건습반복 조건에서 가속열화를 실시하였으며, 열화 조건은 Table 3과 같다.
- 수축·팽창률 조사용 시료에 100mm×100mm크기의 정사각형을 표시하여 건습반복 가속열화 후 크기확인을 통해 수축 · 팽창률 변화를 조사하였다.
- 유화의 재료 및 제작기법을 분석하고, 표준시료를 제작 하여 환경조건에 따른 차단층의 재료특성 및 기능평가를 수행하였다. 유화작품 분석 중 차단층 재료 분석 결과, 차단층 존재 시료와 아교를 도포한 의사시료에서만 카르보닐계 C=O 결합을 나타내는 1,540cm-1와 아민 N-H 결합을 나타내는 1,638cm-1에서 흡수피크가 검출되었다.
- 이것은 한국 초기 유화작품의 바탕칠층에 산화납(Pb)과 산화타이타늄(Ti)이 사용되었다는 문헌자료 조사와 일치하는 결과(Lew, 2002)이며, 아연 화와 백악의 경우 대상작품에 사용된 Funaoka canvas 社의 캔버스에는 사용되지 않은 것으로 확인되었다. 이러한 분석 결과를 반영하여 표준시료를 제작하였다.
- 이에 본 연구에서는 문헌자료 조사 및 유화작품 분석을 실시하였으며, 그 결과를 근거로 표준시료를 제작하였다. 또한 표준시료를 통해 캔버스 차단층의 재료특성을 분석 하고 기능평가를 수행함으로써 환경조건에 대한 차단층 재료별 캔버스의 반응 경향을 파악하였다.
- 이후 12시간 동안 데시케이터 내부 및 차단층 조건별 용기 내부의 온 · 습도 변화를 측정하였다.
- 적외선분광분석기(FT-IR: Fourier-Transform Infrared Spectrometer, Vertex 70, Bruker, Germany)를 이용하여 차단층 재료를 동정하였다. 차단층이 존재하는 작품의 시료와 차단층이 존재하지 않는 작품의 시료를 분석하였고, 정확도를 높이기 위해 각각의 시료 조건에 해당하는 의사 시료를 제작하여 분석하였다.
- 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM: Field Emission Scanning Electron Microscope, MIRA3 LMH, TESCAN, US)을 이용하여 차단층이 존재하는 작품과 존재하지 않는 작품의 캔버스 시료를 200배율~10,000배율 사이에서 관찰하여 미세조직 및 차단층 물질의 형태적 특징을 조사하였다.
- 제작된 시료를 건습반복 조건에서 가속열화를 실시하여 열화 전·후의 캔버스 물성 변화를 분석하였다.
- B](1982)와 권옥연 作 <제목미상>(연대미상) 5점, 김영재 作 <제목미상>(연대미상)의 총 8점을 대상으로 캔버스 시료의 표면과 차단층 및 바탕칠층을 중심으로 분석을 진행하였다. 지지체 미세조직 관찰과 차단층 재료 동정을 위해 동일 작가에 의해 동일 시기에 제작된 작품들 중 차단층이 존재하는 작품 한점과 차단층이 존재하지 않는 작품 한 점을 대상으로 선정 하여 분석을 실시하였다. 또한 바탕칠층 성분분석을 위해 작품들 중 Funaoka Canvas를 사용한 여섯 점을 선정하여 분석을 수행하였다.
- 차단층 유무에 따른 형태학(morphology) · 분광학 (spectroscopy)적 특징 조사 및 표준시료 제작을 위한 재료 조사를 위해 유화작품 분석을 실시하였다.
- 차단층 조건별 방습성을 평가하기 위해 습기가 완전히 차단되는 밀폐용기를 시료의 수만큼 준비하고, 용기의 뚜껑의 중심부를 동일한 크기로 잘라낸 후 에폭시수지 (Araldite® Rapid Type, Huntsman Advanced Materials)를 이용하여 시료를 접착시키고 완전 경화시켰다.
- 차단층과 바탕칠층의 농도는 문헌자료조사 및 농도별 적용성 평가를 수행하여 그 결과를 토대로 선정하였다. 특히 차단층 농도의 경우 상충되는 개념이 존재하였고, 이를 농도별 적용성 평가 결과와 연계하여 시료제작에 반영하였다.
- 적외선분광분석기(FT-IR: Fourier-Transform Infrared Spectrometer, Vertex 70, Bruker, Germany)를 이용하여 차단층 재료를 동정하였다. 차단층이 존재하는 작품의 시료와 차단층이 존재하지 않는 작품의 시료를 분석하였고, 정확도를 높이기 위해 각각의 시료 조건에 해당하는 의사 시료를 제작하여 분석하였다. ATR방식으로 분석을 실시하였으며, 추가적으로 Bruker 社에서 제공하는 데이터 라이브러리와 시료 및 의사시료의 결과 데이터를 비교분석 하여 차단층 물질을 동정하였다.
- 차단층과 바탕칠층의 농도는 문헌자료조사 및 농도별 적용성 평가를 수행하여 그 결과를 토대로 선정하였다. 특히 차단층 농도의 경우 상충되는 개념이 존재하였고, 이를 농도별 적용성 평가 결과와 연계하여 시료제작에 반영하였다.
- 휴대용 X선 형광분석기(P-XRF: Portable X-ray Fluorescence Spectrometer, X-MET 3000 TXR, Oxford Instrument, UK)를 이용하여 다수의 한국 근·현대 유화작품에 사용된 캔버스인 Funaoka canvas 社의 캔버스에 그려진 작품 여섯 점을 대상으로 바탕칠층의 성분분석을 실시하였다.
대상 데이터
- 국내 유화 보존 처리 기관인 국제미술과학연구소에 입고된 신성희 作 (1980년대), [PEINTRE ‘82. B](1982)와 권옥연 作 (연대미상) 5점, 김영재 作 (연대미상)의 총 8점을 대상으로 캔버스 시료의 표면과 차단층 및 바탕칠층을 중심으로 분석을 진행하였다.
- 본 실험에서는 차단층 재료로 아교 이외에 Okong 社의‘Okong 205’ 제품과 Gamblin 社의 ‘Gamblin PVA Size’의 2종의 PVAc를 사용하였다.
데이터처리
- 차단층이 존재하는 작품의 시료와 차단층이 존재하지 않는 작품의 시료를 분석하였고, 정확도를 높이기 위해 각각의 시료 조건에 해당하는 의사 시료를 제작하여 분석하였다. ATR방식으로 분석을 실시하였으며, 추가적으로 Bruker 社에서 제공하는 데이터 라이브러리와 시료 및 의사시료의 결과 데이터를 비교분석 하여 차단층 물질을 동정하였다.
이론/모형
- 열화 전 · 후의 인장강도 변화를 확인하기 위해 KS K 0520에 의거하여 그래브법으로 인장강도를 측정하였다.
성능/효과
- 200배율 관찰에서 차단층이 처리되지 않은 직물의 올이 풀려있는 반면(Figure 3), 차단층이 처리된 직물의 올은 꼬임을 유지하고 있는 모습이 확인되었다(Figure 4). 1,000배율~10,000배율 관찰 결과, 차단층이 처리된 직물에서 차단 층으로 추정되는 물질을 확인하였다. 표면에 다른 물질이 존재하지 않는 차단층이 처리되지 않은 직물의 모습과 달리(Figure 5, 7), 차단층이 처리된 직물에서는 고분자물질이 섬유 표면을 덮고 있는 모습이 관찰되었다(Figure 6, 8).
- Funaoka canvas에 그려진 작품 6점(Figure 11)의 바탕 칠층 성분분석 결과, 납(Pb)과 타이타늄(Ti)이 주요 구성성분인 것으로 나타났으며, 철(Fe)과 망간(Mn)이 미량 검출 되었고, 기타물질은 1% 미만의 함량을 보였다(Table 4).
- 가속열화 후 전반적으로 인장강도가 하락하였다(Figure 13). PVAc 시료에서 인장강도가 높게 나타나는 경향을 보였으며, 아교 시료의 경우 차단층 비도포 시료와 비슷하거나 다소 낮은 결과 값을 기록했다. 열화 후 50% PVAc(A)와 7% 아교에서 300N이 넘는 인장강도 차이를 보였다.
- 인장강도 시험 결과, 가속열화 후 전반적으로 인장강도가 하락하였다. PVAc 시료에서 인장강도가 높게 나타났으며, 아교 시료에서 낮은 인장강도를 보였다. 또한 가속열화 후 인장강도의 감소폭의 경우, PVAc 시료에서 안정적인 결과 값을 보인 반면 아교 시료에서는 큰 폭으로 감소하였다.
- 이러한 현상은 PVAc(B)와 PVAc(A)는 모두 동일한 PVAc 계열의 재료이지만, 성분에 있어서 차이를 가지고 있기 때문으로 해석된다. 각 재료의 MSDS를 확인한 결과, PVAc(A)는 Acetic Acid Ethenyl Ester로 구성되어 있는 반면, PVAc(B)의 구성성분은 Ethylene /Vinyl Acetate Copolymer로 명시되어 있다. 즉 같은 계열의 재료이더라도 PVAc(B)와 같은 공중합체의 경우 물성의 차이가 크게 나타날 수 있다.
- 그러나 해당 제품의 본래 용도는 목공용 접착제이기 때문에 차단층 재료로서 PVAc를 대표하지 못할 가능성이 존재한다. 따라서 차단층 재료로서 PVAc를 대표할 수 있는 제품을 조사한 결과, Gamblin PVA Size 제품이 현재 캔버스 차단층 전용으로 생산되고 있는 것으로 확인되었다. Okong 205 제품은 PVAc(A)로, Gamblin PVA Size는 PVAc(B)로 명칭을 통일하였다.
- 반면 PVAc(A)의 경우 PVAc로 구성되어 건조된 이후 소수성을 띠게 되어 물 분자를 받아들이는 성질이 약하며, 공극률이 낮아 습기의 투과가 어렵기 때문에 낮은 습도변화를 보인 것으로 판단된다. 따라서 차단층이 처리되지 않거나, 아교로 처리된 경우 방습성이 취약할 것이며, PVAc(A)로 처리된 경우 상대적으로 방습성이 우수할 것으로 판단된다.
- 이러한 현상은 PVAc가 아교에 비해 온·습도 변화에 대한 내구성이 강하기 때문으로 판단된다. 또한 저농도 시료의 인장강도가 높게 나타났는데, 이는 고농도에 비해 저농도의 차단층 재료가 높은 침투성을 가지고 있어 섬유 사이의 가교역할을 할 수 있으며, 유연성 또한 높기 때문에 장력에 저항하는 힘이 증가한 영향에 의한 것으로 판단된다. 인장강도는 직물이 가지고 있는 내구성을 의미하기 때문에 인장강도가 높을수록 지지체로서 장점을 갖는다고 할 수 있다.
- 바탕칠층 분석 결과, 납(Pb)과 타이타늄(Ti)이 각각 70%와 23%로 검출되었다. 이것은 한국 초기 유화작품의 바탕칠층에 산화납(Pb)과 산화타이타늄(Ti)이 사용되었다는 문헌자료 조사와 일치하는 결과(Lew, 2002)이며, 아연 화와 백악의 경우 대상작품에 사용된 Funaoka canvas 社의 캔버스에는 사용되지 않은 것으로 확인되었다.
- 수축 · 팽창률 조사 결과, 가속열화 후 모든 시료가 수축 되는 것으로 나타났다.
- 수축률은 100% PVAc(A) > 50% PVAc(A) > 10% Animal glue > Not sized > 100% PVAc(B) > 7% Animal glue 순으로 나타났다.
- 시료 표면의 차단층 물질을 동정하기 위해 FT-IR 분석을 실시한 결과, 차단층 부재 시료 및 차단층 비도포 의사 시료의 피크와 차단층 존재 시료 및 차단층 도포 의사시료의 피크가 명확한 차이를 나타내었다(Figure 9). 차단층 존재 시료 및 차단층 도포의사시료에서만 카르보닐계 C=O 결합을 나타내는 1,540cm-1와 아민 N-H 결합을 나타내는 1,638cm-1에서 흡수 피크가 검출되었다.
- PVAc(B) 시료의 경우, 열화 전 미세한 균열이 발생하였고, 열화 후 균열이 다소 심화되었다. 열화 전 균열 상태는 아교 시료와 유사하나, 열화 후 균열 발생 정도가 아교에 비해 안정적으로 나타났다(Table 7).
- PVAc 시료에서 인장강도가 높게 나타나는 경향을 보였으며, 아교 시료의 경우 차단층 비도포 시료와 비슷하거나 다소 낮은 결과 값을 기록했다. 열화 후 50% PVAc(A)와 7% 아교에서 300N이 넘는 인장강도 차이를 보였다. 또한 저농도의 차단층 재료를 사용한 시료에서 인장강도가 높게 나타났다(Table 8).
- 유화의 재료 및 제작기법을 분석하고, 표준시료를 제작 하여 환경조건에 따른 차단층의 재료특성 및 기능평가를 수행하였다. 유화작품 분석 중 차단층 재료 분석 결과, 차단층 존재 시료와 아교를 도포한 의사시료에서만 카르보닐계 C=O 결합을 나타내는 1,540cm-1와 아민 N-H 결합을 나타내는 1,638cm-1에서 흡수피크가 검출되었다. 차단층이 처리된 유화작품 시료에서 아교를 도포한 의사시료와 거의 동일한 스펙트럼을 보였고, 차단층이 처리되지 않은 시료에서는 피크를 나타내지 않았다.
- 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM)을 이용하여 캔버스 표면의 미세조직을 관찰한 결과, 차단층이 처리된 직물과 차단층이 처리되지 않은 직물의 차이를 확인할 수 있었다.
- 수축률은 100% PVAc(A) > 50% PVAc(A) > 10% Animal glue > Not sized > 100% PVAc(B) > 7% Animal glue 순으로 나타났다. 전반적으로 PVAc(A) 시료에서 수축률이 높게 나타났으며, 아교 시료에서 낮은 수축률을 보였다. 농도가 높아질수록 수축률이 커지는 것으로 조사되었다.
- 수축 · 팽창률 조사 결과, 가속열화 후 모든 시료가 수축 되는 것으로 나타났다. 전반적으로 PVAc(A) 시료에서 수축률이 높고, 아교 시료에서 수축률이 낮은 것으로 나타났으며, 농도가 높아질수록 수축률이 커지는 경향을 보였다. 이러한 결과는 차단층 재료의 접착 특성에 기인한 것으로 해석된다.
- 지지체 미세조직 분석 결과, 차단층이 처리된 직물에서 고분자 물질이 섬유 표면을 피복하고 있는 것이 확인되었다. 또한 직물을 구성하는 실의 꼬임이 유지되고 있는 것으로 나타났다.
- 농도가 높아질수록 수축률이 커지는 것으로 조사되었다. 차단층 비도포 시료보다 수축률이 낮게 나타난 것은 7% 아교 시료와 100% PVAc(B) 시료였으며, PVAc(A) 시료는 저농도와 고농도에서 모두 차단층 비도포 시료보다 높은 수축률을 보였다. 또한 같은 PVAc 계열의 재료임에도 PVAc(A)와 PVAc(B) 시료의 수축률이 상이하게 나타났다(Table 6).
- 방습성 평가 결과, 공통된 특징으로 모든 조건에서 2시간 경과 시점까지 가장 큰 습도 변화가 발생하였고, 이후 변화 폭이 점차 감소하는 경향을 보였다(Figure 12). 차단층 조건별로 상이한 결과가 관찰되었는데, 차단층 부재 시료에서 습도 상승 속도가 빠르게 나타난 반면, PVAc(A) 시료에서는 차단층 비도포 시료와 최대 23%의 차이를 보이며 습도 상승 속도가 느리게 나타났다(Table 5).
- 표면관찰 결과, 대부분의 시료에서 가속열화 후 균열이 심화되는 양상이 관찰되었고, 차단층 비도포 시료에서는 균열이 발생하지 않았다. PVAc(A) 시료에서는 수직의 균열이 넓은 간격으로 발생한 데 반해 아교 시료에서는 수직 수평의 균열이 조밀하게 발생하여 대조되는 양상을 보였다.
- 표준시료를 이용한 차단층 재료의 기능평가 중 차단층 방습성 평가 결과, 차단층이 처리되지 않은 시료에서 습도 상승속도가 가장 빠르게 나타났고, 아교 시료의 경우도 이와 거의 유사한 값을 보였다. 반면 PVAc(A) 시료의 경우 습도 상승속도가 가장 느리게 나타났다.
후속연구
- 반면, 아교의 경우는 분자 간의 결합력이 상대적으로 낮기 때문에 수축률이 적으며, 분자 간의 밀도 또한 낮은 것으로 판단된다. 본 실험이 지지틀(frame) 없이 수행된 점을 고려했을 때, 실제 유화와 같이 지지틀에 고정되어 있다면 수축률이 높을 경우 오히려 화면이 늘어짐 없이 평면을 유지하는데 유리할 가능성이 있을 것으로 판단된다. 단, 지지틀이 가지고 있는 힘보다 수축력이 클 경우에는 지지틀의 뒤틀림 등의 물리적 손상이 발생할 것으로 예상된다.
- 그러나 유화작품의 특성상 파괴분석 및 시료채취가 용이하지 못하였고, 한정된 실험기간으로 인해 실험항목 및 시료개수를 축소하여 진행하였기 때문에 명료한 경향성을 파악하는데 다소 미흡한 점이 존재한다. 이러한 한계를 보완하여 향후에는 차단층과 유화 보존에 대한 보다 면밀한 연구가 계속될 필요가 있다.
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